Внешние силы действующие на корпус судна классификация. Силы и моменты действующие на судно силы

Как вычислить шаг воздушного винта

Для того чтобы модель самолета двигалась, необходимо придать ей тягу. Воздушный вибратор, приводимый во вращательное движение двигателем модели самолета, вращает пропеллер. Воздух вытесняется в сторону полета ускоряющимися лопастями пропеллера. Тяга увеличивается с увеличением массы и скорости воздушного потока, отбрасываемого пропеллером на вращающееся колесо.

Для пропеллеров характерны различные геометрические характеристики. Наиболее важными из них являются диаметр и шаг пропеллера.

Диаметр круга, нарисованного вращающимися лопастями на гребном винте DB, является его диаметром.

Измеряется расстояние, которое проходит элемент лопасти за один оборот, или теоретический шаг пропеллера H. Однако из-за вращения пропеллера в воздухе расстояние, проходимое частицами воздуха за один оборот, уменьшается. Разница между теоретическим (расчетным) шагом и фактическим скольжением на практике называется фактическим шагом пропеллера, или шагом. Для определения фактического шага винта можно использовать уравнение H=v/n.

Где v — скорость модели в м/с

Концепция относительного шага, h=H/DB, была разработана для того, чтобы можно было сравнивать различные воздушные винты. Для кордовых моделей относительный шаг пропеллеров составляет (0,4-0,6) Db. Диаметр, шаг и ширина лопастей пропеллера должны быть выбраны правильно, чтобы использовать полную мощность двигателя.

Для кордовой учебной модели с двигателем МАРЗ-2,5 демонстрируется упрощенный метод расчета воздушного винта для самолета КРАЗ-2. 80 км/ч (22 м) — скорость полета, двигатель вращается со скоростью 10 000 об/мин (166 с-1).

Расстояние H за один оборот винта задается формулой: v/n = (22/166) м. Шаг гребного колеса равен 130 мм.

На странице 113 книги Жидкова Станислава «Секреты скоростных кордовых самолетов».

Здесь вы найдете простые советы по выбору пропеллера для вашей модели.

Воздушный винт дополнительные сведения.

Рис. характеристики геометрии гребного винта

Диаметр (D) и шаг (H) винта являются двумя наиболее важными геометрическими характеристиками.

Если предположить, что пропеллер вращается в плотной, неупругой среде и вокруг его оси описывается цилиндр произвольного радиуса r (рис. 1) с углом подъема — = 0! Диагональ OB в развертке представляет собой линию гребного винта, а сторона AB описывает смещение участка лопасти винта за оборот. Это можно сформулировать следующим образом:

Определить правильный шаг можно, используя радиус r и углы установки каждой секции лопасти. Пропеллеры с различными значениями H в разных секциях лопасти называются пропеллерами постоянного шага, если все секции лопасти имеют одинаковое значение H. В зависимости от конструкции и дизайна пропеллера шаг лопасти меняется. Обычно шаг пропеллера уменьшается на конце лопасти.

Отношение шага к диаметру называется относительным шагом.

В упругой среде, такой как воздух, лопасть винта перемещается меньше, чем ее теоретический шаг за оборот (рис. ).

H-Ha = S (рис.). Она составляет 20-40% от H для моделей таймеров с компрессионными двигательными установками.

В результате этого лопасть перемещается вдоль линии OS. Это указывает на то, что ее угол атаки составляет «+’-«! На рис. 1 показано, что чем больше скольжение A, тем больше угол атаки S.

Относительный шаг пропеллера, который определяется как отношение скорости к диаметру D, является понятием, которое используется в расчетах наиболее часто.

Продемонстрировать свои знания очень просто.

Количество оборотов пинты в секунду — ns.

D — диаметр винта.

V представляет собой скорость полета модели.

Тяга винта, которая определяется формой лопасти и q; h — плотностью воздуха, задается формулой P=D4ns2 кг.

Какая сила необходима для вращения пропеллера?

Где находится коэффициент эффективности винта, который зависит от тех же переменных и значения P*V?

. Мы можем определить коэффициент эффективности из выражения:

Необходимо оценить работу гребного винта, чтобы определить фундаментальные рабочие параметры. Вы можете рассчитать коэффициенты, также известные как характеристика пропеллера, при различных значениях q. Исследование проводится с использованием пропеллеров с одинаковыми формами и диаметрами лопастей. Хотя они похожи по форме и шагу, шаг лопастей различается. Создание набора кривых с q по * при различных h (рис. 2)

Диаграммные характеристики ряда воздушных винтов.

Вы можете выбрать подходящий шаг винта, зная (мощность двигателя и соответствующие обороты в минуту).

Если V составляет 11 м/с, а N — 0,25 л при ns=167 об/с (10000 об/мин), то. примерно 40 км/час). С серийными двигателями сжатия, которые редко движутся быстрее 10-12 м/с на траектории, представлена модель с временным интервалом.

Если =0,24 м и D=1,23 м, то для определения значения можно использовать следующие формулы:

На третьем этапе строим график q и z вдоль координатных осей и находим точку A с относительным шагом (в%).

Шаблоны винтов рис. 1 вручную.

На нашем рисунке h = 0,6 и q = 0,54. Тогда шаг винта будет равен H = h * D — 0,6 * 0,24 = 0,144 м. Для каждого шаблона начерчено четыре отрезка (рис.). Проведите прямую АВ параллельно оси лопасти, затем отрезок, перпендикулярный ей.

Затем отрезок переносится на прямую АВ, и полученные точки соединяются с вершиной О. Далее ширина лезвия первого отрезка (рис. Отрезок СС’ — высота бокового шаблона на участке №1. 4-12 мм) переносится на горизонтальную прямую, рис.1 — 12 миллиметров Из точки С восстанавливается перпендикуляр и на пересечении с наклонной линией получается точка С. Далее видно дополнительное построение фигуры. Боковой шаблон лопатки получается путем соединения полученных точек плавной линией.

Важным фактором является то, как лопасть выглядит в поперечном сечении (профиль). Когда максимальная толщина профиля расположена на уровне 30% передней кромки, достигается максимальная тяга.

В плане форма лопасти меняется. Создается момент, который закручивает или уменьшает тангаж, в зависимости от относительного положения осей продольной жесткости лопастей и точки приложения суммарной аэродинамической силы.

На рисунке 4 показаны шаблоны для винтов различных типов.

Соколов мастер спорта СССР Москва

Крылья родины.

Шаг винта

Текущая версия этой страницы пока не проверялась экспертами, поэтому может сильно отличаться от версии, проверенной 3 августа 2022 года.

Шаг гребного винта — это расстояние, которое он проходит за полный оборот на 360 градусов через все типы сред. Угол установки лопастей пропеллера по отношению к плоскости вращения при круговом движении среды определяет одну из основных технических характеристик устройства. скорость, с которой движется данный пропеллер.

Пропеллеры отклоняются относительно плоскости, перпендикулярной оси, в зависимости от угла наклона лопастей. Он выражается в единицах расстояния между витками. Пропеллер оказывает тем меньшее сопротивление, чем больше его шаг. Современные воздушные и гребные винты строятся с возможностью изменения шага лопастей без остановки машины.

Воздушный винт (пропеллер)Править

Воздушный винт

Проверка флюсования винта AB-140: кадр № Двигатель работает, кадр № 1, Двигатель остановился, все были задушены, и 2.

В самолете с поршневым двигателем экипаж может управлять шагом винта, устанавливать его перед взлетом на земле или оставлять фиксированным, как в случае деревянных винтов с фиксированным шагом. Шаг винта поршневого двигателя — это далекий аналог коробки передач автомобиля. Каждый шаг винта имеет уникальную максимальную тягу, связанную с ним. Например, шаг может быть изменен в зависимости от скорости полета для повышения эффективности пропеллера. Независимо от того, находится ли самолет в наборе высоты, горизонтальном полете или пикировании, плотность воздуха (высота) влияет на его скорость. В этой ситуации очень важно, чтобы пропеллер, вращаемый входящим потоком воздуха, не заставлял двигатель вращаться с опасно высокой скоростью. Как правило, увеличение шага приводит к уменьшению мощности винта при увеличении его тяги. В авиационной терминологии это называется «тягой винта». Хотя при уменьшении шага винта увеличиваются приемистость и скорость, тяга уменьшается. Это называется «освещением винта». При низкой скорости полета и большом шаге винта (почти 85 градусов по отношению к плоскости винта) на лопастях произойдет срыв. Это происходит потому, что скорость будет увеличиваться очень медленно. Лопасти будут захватывать только небольшой объем воздуха, когда шаг мал (5-10 градусов), а скорость полета высока; скорость воздушного потока будет очень близка к скорости набегающего ветра. Иногда перегрузки оказываются слишком большими для лопастей, и они разрушаются.

Во время Второй мировой войны, и особенно во время этого конфликта, пилотам приходилось постоянно следить за скоростью своего самолета и оборотами двигателя. В зависимости от того, насколько правильно были спланированы шаг винта и обороты, можно было летать на более высоких или низких скоростях. Пилот должен был определить золотую середину, чтобы экономить топливо и не перегружать двигатель. Алгоритм управления воздушными винтами поршневого самолета во время нормального полета выглядит следующим образом:

• На взлете пропеллер находится в положении среднего шага, что позволяет двигателю разогнаться до взлетной скорости, и до взлета шаг пропеллера не меняется, управление двигателем осуществляется изменением подачи топлива (для двигателей без наддува) или давления наддува;
• Во время набора высоты пилот немного затягивает винт, чтобы снизить обороты двигателя до номинального режима;
• Во время крейсерского полета пилот устанавливает режим работы двигателя, предписанный руководством по летной эксплуатации (по давлению наддува или подаче топлива), и регулирует шаг винта, чтобы получить наиболее экономичный режим работы двигателя с точки зрения скорости;
• Во время снижения и захода на посадку режим работы двигателя уменьшается, а пропеллер облегчается, что в случае ухода на второй круг обеспечивает высокую приемистость двигателя;
• После касания земли, в начале полета, пропеллер облегчается до предела, создавая тормозную силу, которая уменьшает продолжительность полета;
• Обратная тяга пропеллера в поршневых самолетах используется редко.

Современные турбовинтовые двигатели вертолетов и самолетов оснащены автоматикой, которая непрерывно изменяет угол наклона лопастей для поддержания постоянной скорости вращения винта. Автоматическое изменение шага происходит при изменении подачи топлива для увеличения или уменьшения мощности двигателя. Пропеллер без малого шага называют облегченным, а с большим шагом — нагруженным (термин «нагруженный» применим только к сочленениям винта поршневого двигателя).

Максимальный угол шага лопастей устанавливается равным 90 градусам (параллельно оси винтомоторного устройства) в случае аварийной остановки двигателя в полете для уменьшения сопротивления. Значение шага винта в этой ситуации по сути бессмысленно и равнозначно. Резьба с отбортовкой является одной из таких резьб.

Когда угол наклона лопастей винта при взлете на некоторых самолетах устанавливается на отрицательный угол, шаг винта может быть изменен. Простой регулировкой рычагов управления тягой двигателя от минимальной скорости вполне достаточно установить малый шаг винта (облегчить пропеллеры) на многих турбовинтовых самолетах для эффективного торможения в полете или посадки. Промежуточный упор золотника часто устанавливается во втулке для предотвращения отклонения винта от этого минимального шага в полете (что может привести к резкому торможению, срыву потока за винтом и неблагоприятным условиям — аварии). Как правило, угол наклона винта ПУ в 15-20 раз больше нуля. В связи с этим на турбовинтовых самолетах при взлете (перед взлетом) и посадке (после касания), перед взлетом и после снижения часто практикуются такие операции управления, как «Винт вверх» или «С упора».

Несущий винтПравить

Вероятность поломки лодочного двигателя возрастает при неправильном выборе гребного винта. Двигатель буквально тонет, если не может работать на скорости, указанной в сопроводительной документации. Велика вероятность деформации подшипников, поршней и других расходных материалов. Все это чревато разрывом глушителя, заеданием поршней и выходом двигателя из строя. При слишком быстром вращении вала повреждаются лепестковые клапаны, а в результате трения между деталями образуется подсос. Но если вы тщательно выбираете гребной винт, всего этого можно избежать. Конечно, ориентиром должны служить суждения производителя и информация в каталоге. Характеристики винтов могут быть следующими: 150-200 оборотов в минуту на каждые 2,54 см (1 дюйм). Иногда после установки нового винта проблема сохраняется. Альтернативным вариантом является установка устройства с меньшим шагом для увеличения скорости.

• 1 Расчет размера пропеллера
• 2 Параметры пропеллера
• 3 Ударный размер.
• 4 Геометрия лезвия
• 5 Алюминий или сталь?
• 6 Количество лопастей пропеллера.
• 7 Выбор оптимальной модели.
• 8 Ремонт гребного винта лодочного мотора

Расчет винтового шага

Для расчета шага винта необходимо знать следующие факторы:

• Посмотрите в документации на двигатель предельную скорость для режима полного дросселирования. Как правило, этот показатель не превышает 5500 об/мин.
• Теперь разгоните лодку до предела «полного газа».
• Если показания тахометра ниже, чем предписано в техническом паспорте, запишите их как предел оборотов.

Учитывая, что вам нужно уменьшить шаг и что дюйм вращается со скоростью 200 об/мин, умножьте 1000 на 100, чтобы получить 5. Однако уменьшение шага на 5 дюймов поможет решить проблему скорости.

Практика показывает, что использование одного винта недостаточно. Для каждой задачи требуется своя модель. Поэтому настоятельно рекомендуется иметь при себе набор запасных винтов.

Поначалу новый владелец лодки полагается исключительно на гребной винт, установленный производителем. Только с опытом приходит понимание того, что изменение весовых и силовых параметров позволяет достичь наилучшей скорости хода при минимальном расходе топлива. При выборе гребного винта, позволяющего увеличить мощность без модернизации двигателя, владелец часто сталкивается с такой ситуацией.

Параметры винта

Сегодня пропеллеры различаются по нескольким параметрам. Количество лопастей — самый очевидный компонент. Обычно их от двух до четырех.

Диаметр — это второе значение. Рассчитать его очень просто. Чтобы определить расстояние между двумя наиболее удаленными от оси точками на пропеллере с четным числом лопастей, измерьте расстояние между ними. Если у винта три лопасти, измерьте расстояние между центром ступицы и кончиками всех лопастей, затем разделите это измерение на два.

Величина шага.

Это число обозначает поступательное движение винта после полного оборота. Обычно эта маркировка ставится на винтах. «10×15» обозначает изделие с шагом 15 дюймов и диаметром 10 дюймов.

Термин «втулка» относится к центральной оси. Пропеллер центрируется относительно вала с помощью втулки. Выхлопные газы выходят из некоторых двигателей. Лопасти пропеллера, изготовленного для этих моделей, удерживаются на месте с помощью сепаратора. Движение воздуха, создаваемое лопастями, выталкивает воду. Таким образом, лодка движется вперед.

Геометрия лопасти

Существуют различные типы лопастей в зависимости от их формы. Приведем названия вариантов, которые предпочитают опытные владельцы лодок. Самый распространенный вид — «круглое ухо». Если лопасть отходит перпендикулярно ступице, то такой гребной винт имеет нулевой ход. В этом случае сочетание тяги и скорости подобрано оптимально. Зажатая носовая часть такой модели предотвращает ее подъем во время глиссирования. Мощный ход получается, если лопасть наклонена под углом от хвостовой кромки винта. Наклон лопасти имеет прямую зависимость от высоты подъема носовой части. Передняя кромка лопастей серповидной или полусерповидной формы прямая. В результате может наблюдаться заметное увеличение скорости на низких оборотах. Угловые гребные винты вращаются в направлении движения. Благодаря устойчивости пропеллера к водорослям этот вариант лучше всего подходит для рыбалки в заросшем пруду.

Алюминий или сталь?

Изделия из алюминия являются наименее дорогим выбором. Для тех, кто предпочитает более плавный ход планера без необходимости высокой скорости, пропеллер — это фантастика. Лопасти изготовлены из алюминия, который одновременно является гибким и невосприимчивым к коррозии. На скорость лодки влияют более толстые лопасти. Поскольку нержавеющая сталь намного прочнее алюминия, производятся более тонкие гребные винты. Гоночный гребной винт с неподвижной ступицей может сломаться при столкновении с камнем или неровной поверхностью под водой. В связи с этим растет использование пластиковой втулки для защиты от механических повреждений.

Число лопастей винта.

Сила, которая движет лодку вперед, также увеличивается по мере увеличения количества и размера лопастей. Однако одновременно с этим растет и сопротивление воды. Поэтому в начале производства использовались две лопасти. Сейчас можно использовать до четырех лопастей благодаря новым технологиям, материалам и возможностям создания многоступенчатых днищ лодок. Четырехлопастной гребной винт имеет ряд преимуществ, включая более плавную работу, более простое управление и более длительное время разгона. При необходимости максимальная скорость может быть снижена. Три лопасти — лучшая конфигурация для личного использования. Вы сэкономите много денег на покупке, и это очень надежный гребной винт.

Выбор оптимальной модели.

Прежде чем выбрать гребной винт, вы должны точно определиться со своими потребностями. Модель, которая легко и быстро выведет лодку на глиссирование, не прилагая слишком больших усилий Опять же, количество оборотов двигателя — это решающий фактор, который имеет наибольшее значение. Гребной винт выбран правильно, если ваш двигатель совершает максимальные обороты согласно паспортным данным. Замените гребной винт, если фактические показания тахометра отличаются от паспортных.

Ремонт винта лодочного мотора

Модели из алюминия невозможно починить даже путем вырезания зазубрин. Дело в том, что для того, чтобы что-то починить или исправить, необходимо сначала нагреть материал. Винты из композитных материалов и нержавеющей стали этого не делают. Модели со сменными, простыми в замене гребными винтами являются альтернативой моделям со съемными лопастями. Одним из важнейших компонентов для работы вашей моторной лодки является гребной винт. Не стоит экономить на нем; вместо этого инвестируйте в машину с надежным двигателем и индивидуальной функциональностью.

Аэрация, или проникновение атмосферного воздуха, поступающего через всасывающую сторону лопастей, иногда возможна на малых судах из-за расположения ГВ вблизи поверхности воды.

Аэрация вызывает резкое снижение тяги гребного винта, а также резкое снижение скорости судна. Образование каверны перед и за валом при отрыве от обтекателя кронштейнов, угловых шестерен или случайно оголенного винта или резкое увеличение сопротивления лодки при ударе волны — примеры явлений, способствующих аэрации. Владельцы катеров и моторных лодок, скорее всего, знакомы со всеми этими явлениями.

Увеличивая потоотделение, пропеллер может избежать аэрации. Первый шаг является наиболее успешным. В данном случае ВН имеет переменный шаг, т.е. длина и радиус лопасти различны?

Для подвесных моторов с шагом 15-20% к ступице и работающих в условиях почти осевого потока. В концевых секциях лопасти шаг может иногда уменьшаться для получения больших шагов (H/D 1,4). В тех же секциях шаг может иногда увеличиваться на 15%-20%. Второй подход работает лучше.

Аэрация влияет и на суперкавитирующие пропеллеры. При шаге лопастей 1,6-2,0 для предотвращения этого явления достаточно уменьшить ход ступицы на 25-25%.

Количество лопастей

Двухлопастные гребные винты более эффективны и гораздо проще в изготовлении. Двухлопастной пропеллер подвержен вибрации при работе в нестационарном потоке, например, за кожухом редуктора ПМ или при работе перпендикулярно валу пропеллера. Однако обычно используются трехлопастные гребные винты.

Условия прочности определяют толщину лезвий.

Дисковое отношение 0 сравнивает общую площадь диска гребного винта в рекламе с общей площадью лопастей A.

Эффективность лопаток ВН увеличивается с ростом значения дискового отношения и зависит от их размера и ширины. Однако для обеспечения требуемой прочности необходимо увеличивать толщину поперечного сечения узкой лопатки, что приводит к увеличению гидродинамических потерь на профильное сопротивление. Эффективность снижается, и ГП останавливается на третьей стадии кавитации. Лодки с наклонными гребными валами, особенно с косыми гребными валами, подвергаются риску возникновения кавитации при скорости более 40 км/ч. Для предотвращения кавитации увеличьте передаточное число диска до 0.1!

На основании графика (рис. 2) можно рассчитать дисковое отношение HW в предположении отсутствия кавитации: меньшие значения получаются для подвесных моторов и угловых колонок; большие — для лодок с наклонными гребками. Суперкавитирующие гребные винты с уникальным профилем поперечного сечения лопасти могут использоваться на скоростях более 60 км/ч.

Идеальное значение для таких гребных винтов должно составлять от 0,3 до 0,5, а их эффективность сравнима с эффективностью гребных винтов с большей площадью лопастей. Обычно это значение в суперкавитирующих ВН не превышает 0. 7-0,8. Каким образом широкая лопасть приводит к снижению эффективности?

Дисковое отношение ГВ иногда приходится повышать для учета других факторов. Например, при необходимости можно установить ГВ под днищем лодок или в стандартной подводной части подвесного мотора. В этой ситуации для достижения достаточно высокого КПД требуется увеличение шага гребного винта или отношения дисков. Поскольку большие отношения шага приводят к меньшему относительному скольжению и меньшей эффективности гребного винта, первый вариант предпочтительнее.

Форма лопасти

Используя закругленную кривую на рис. 2, для расчета ширины лопасти при каждом радиусе r=rR используются следующие формулы:

Изменение ширины лопастей иногда не оказывает никакого влияния на способность винта двигаться вперед (рис. ).

Форма лопастей на спрямленном контуре определяет, где их линии располагаются на осевой линии. Средняя линия лопасти смещена от ее оси, как правило, в направлении вращения гребного винта, и это называется саблевидной формой. Благодаря более плавному входу в воду, умеренная саблевидная форма лопастей, которая мало влияет на гидродинамические характеристики гидродинамического двигателя, снижает вибрацию.

Профиль радиальных секций, их толщина и распределение вдоль оси — все это влияет на форму лопастей. В скобках указана относительная толщина лопасти. значение которой соответствует приведенной максимальной толщине профиля по ширине секции.

Максимальная толщина на концах лопатки обычно распределяется по линейному закону, уменьшаясь от значения до 1,5-2 мм.

Для спортивных судов HW это значение можно уменьшить до 4, а толщина кромки может быть уменьшена на 30%.

Необходимо обеспечить местную прочность лезвия, особенно в местах соединения секций. Даже при использовании материалов с высокой прочностью толщина кромки никогда не должна быть меньше 1,5 мм. По данным «Коммерсанта», кромки можно затачивать в пространстве шириной не более 5-8 см. По сравнению с идеальным профилем для гидравлической системы и двигателя внутреннего сгорания, такое изменение профиля лезвия незначительно снижает КПД (как минимум — на 3-4%).

Профилировка сечений

Плоско-выпуклый сегментный профиль рекомендуется использовать для гребных винтов относительно тихоходных судов и для гребных винтов, изготовленных из материалов с пониженными прочностными характеристиками (табл. ).

Чтобы избежать кавитации, лопасти ВН на быстроходных судах (движущихся со скоростью более 45 км/ч) должны быть как можно тоньше. Для повышения эффективности выпуклых профилей обычно используется профиль «колодец»; для примера см. таблицу ниже, где f принимается равным примерно 2% от хорды сечения (f). Для создания таких винтов используется сталь, бронза или латунь.

Толщина винтовых элементов наибольшая, если смотреть с внешнего края (табл. ).

Вертикальная часть диска гребного винта отклоняется назад за счет наклона образующей лопасти. При полном погружении лопасти SE перпендикулярны оси гребного винта и не имеют наклона. Однако лопасти гребного винта, которым предшествуют кронштейны гребного вала или непотопляемые форштевни, должны быть наклонены. Гребной винт наклоняется в потоке воды. Расстояние между кончиками лопастей и элементами, вызывающими вихрь, увеличивается за счет наклона. Однако для обычных ВН наклон пласта не должен превышать 15%, чтобы предотвратить остановку и снижение эффективности.

Диаметр ступицы гребного винта

Как правило, его выбирают конструктивно, исходя из того, как оно будет крепиться к валу гребного винта. Конечно, идеальной ситуацией было бы максимальное уменьшение диаметра ступицы гребного винта и обеспечение плавного сопряжения поверхности переднего колеса с обтекателем редуктора углового редуктора. КПД заметно снижается при таких относительно больших размерах гребного винта, поэтому не рекомендуется увеличивать диаметр ступицы d/D.

Аналитическое определение полезной тяги гребного винта и тяги на гаке

Вопрос вычисления полезной располагаемой тяги ReP аналитически может быть решен путем определения значения Re при двух различных значениях скорости судна v.

Параметры эксплуатационного расчетного режима судна с удельной скоростью v1 и частотой вращения винта p1 указываются в паспортных данных на судно или в протоколах тепловых испытаний.

Используя эту информацию, вы можете рассчитать значение полезной тяги PeP1, которая еще доступна в этом режиме (индекс 1), когда вся размещенная полезная сила винта используется для преодоления сопротивления движению судна.

Для расчета эффективной тяги мы применяем следующую формулу из теории тяги:

■ t = 0,60(1 + 0,67ω) ω — для одновинтовых судов;

Для двухвинтовых судов и судов с двумя гребными винтами t = 0,80(1 + 0,25) vv;

Для расчета коэффициента расхода байпаса можно использовать следующие выражения:

■ ω = 0,5δ — 0,05 — для одновинтовых судов;

= 0,55 v — 0,2 для судов со спаренными винтами.

Где — коэффициент полноты корпуса судна

δ = V/(LBT)

Вычисляем первое значение полезной тяги PeP1 и формулы, основанные на информации из паспорта судна или результатах тепловых испытаний. Однако и эта величина равна сопротивлению корпуса судна R1 при заданной скорости q, т.е. PeP1. Если мы знаем квадратичную зависимость между изменением сопротивления корпуса судна и скоростью R=av2, то можем найти постоянную a для этой зависимости как a=1/v12.

Теперь можно рассчитать и построить график изменения сопротивления корпуса в зависимости от скорости R=f(v).

Зная режим работы ГД и его мощность NE2, необходимо определить второе значение PеP2 (вторая точка на графике). Выражение: если me0 = conSt (n2) / N1 определяет мощность Ne2 при n2, если предельная характеристика режима работы ГД обеспечивает постоянство момента Me1=const. По ходовой диаграмме выбираем скорость судна v2 для частоты вращения n2 на предельной характеристике.

Рис. Для расчета располагаемой тяги гребного винта

Имеющаяся полезная тяга равна I — ReP;

I I — сопротивление корпуса буксира R;

ReshR — полезная располагаемая тяга причалов.

Используйте b для обозначения отношения вариаций между известными значениями полезной тяги и скорости судна:

Рис. Графики зависимостей значений от скорости судна, RPP и F

R означает сопротивление корпуса корабля;

F — тяга крюка;

— сопротивление буксируемого объекта;

F — уменьшение тяги крюка;

Уменьшенное сопротивление равно q.

Что отличает режим работы ПП силовой установки во время свободного плавания от режима работы, когда она тянет предметы?

Как буксировка влияет на характеристики винта GD

Как следует управлять ГД при буксировке во избежание перегрузки

Какая информация необходима для расчета скорости буксировки?

Какова полезная тяга ГВ в это время?

Как определить силу тяги крюка?

Какое влияние оказывает скорость судна на величину тяги крюка?

Какая связь между скоростью корабля и сопротивлением корпуса?

Найдите максимальную полезную тягу, которую может обеспечить паспортная диаграмма.

Выведите формулу для определения сопротивления корпуса судна при различных скоростях.

.

Что такое тяга привода на крюке и уменьшенное сопротивление вагона?

Что надо знать о гребном винте?

Как работает гребной винт? Гребной винт (рисунок 1) преобразует вращение вала двигателя
в упор — силу, толкающую судно вперед. При вращении винта на поверхностях его лопастей,
обращенных вперед — в сторону движения судна (засасывающих), создается разрежение, а на обращенных
назад (нагнетающих) — повышенное давление воды. В результате разности давлений на лопастях возникает
сила Y (ее называют подъемной). Разложив силу на составляющие — одну, направленную в сторону движения
судна, а вторую перпендикулярно к нему, получим силу Р, создающую упор гребного винта, и силу Т,
образующую крутящий момент, который преодолевается двигателем.

На рисунке 1 показаны силы и скорости, действующие на лопасти пропеллера при правом вращении

Упор в большой степени зависит от угла атаки α профиля лопасти. Оптимальное значение α, для быстроходных
катерных винтов 4-8°. Если α больше оптимальной величины, то мощность двигателя непроизводительно затрачивается
на преодоление большого крутящего момента; если же угол атаки мал, подъемная сила и, следовательно, упор Р будут
невелики, мощность двигателя окажется недоиспользованной.

На схеме, иллюстрирующей характер взаимодействия лопасти и воды, α можно представить как угол между направлением
вектора скорости набегающего на лопасть потока W и нагнетающей поверхностью. Вектор скорости потока W образован
геометрическим сложением векторов скорости поступательного перемещения va винта вместе с судном и скорости
вращения vr, т. скорости перемещения лопасти в плоскости, перпендикулярной оси винта.

Винтовая поверхность лопасти. На рисунке 1 показаны силы и скорости, действующие в каком-то одном
определенном поперечном сечении лопасти, расположенном на каком-то определенном радиусе r гребного винта. Окружная скорость вращения vr зависит от радиуса, на котором сечение
расположено (vr — 2πrn, где n — частота вращения винта, об/с). Скорость же поступательного движения
винта va остается постоянной для любого сечения лопасти. Таким образом, чей больше r, т. чем ближе
расположен рассматриваемый участок к концу лопасти, тем больше окружная скорость vr, а следовательно,
и суммарная скорость W.

Так как сторона va в треугольнике рассматриваемых скоростей остается постоянной, то по мере удаления
сечения лопасти от центра необходимо разворачивать лопасти под большим углом к оси винта, чтобы α сохранял
оптимальную неличину, т. оставался одинаковым для всех сечений. Таким образом, получается винтовая поверхность
с постоянным шагом Н. Напомним, что шагом винта называется перемещение любой точки лопасти вдоль оси за один
полный оборот винта.

Представить сложную винтовую поверхность лопасти помогает рисунок 2. Лопасть при работе винта как бы скользит по
направляющим угольникам, имеющим на каждом радиусе разную длину основания, по одинаковую высоту — шаг Н, и поднимается
за один оборот на величину Н. Произведение же шага на частоту вращения (H*n) представляет собой теоретическую
скорость перемещения винта вдоль оси.

На рис. 2 показана спиральная поверхность лопасти (a) и углы наклона ступеней.

Скорость судна, скорость винта и скольжение. При движении корпус судна увлекает за собой воду,
создавая попутный поток, поэтому действительная скорость встречи винта с водой va всегда
несколько меньше, чем фактическая скорость судна V. У быстроходных глиссирующих мотолодок разница
невелика — всего 2-5%, так как их корпус скользит по воде и почти не «тянет» ее за собой. У катеров, идущих со
средней скоростью хода эта разница составляет 5-8%, а у тихоходных водоизменшющих глубокосидящих катеров
достигает 15-20%. Сравним теперь теоретическую скорость винта H*n со скоростью его фактического
перемещения va относительно потока воды (рисунок 3). Пусть это будет «Казанка», идущая под
мотором «Вихрь» со скоростью 42 км/ч = (11,7 м/с). Скорость натекания воды да винт окажется на 5% меньше:

.

Гребной винт «Вихря» имеет шаг H=0. 3 м и n=2800/60 = 46 для частоты вращения. 7 об/с. Предполагаемая максимальная скорость винта составляет:

H*n=0. 3*46. 7=14 м/с.

В результате мы можем определить, чем отличаются эти две вещи.

.

Эта величина, называемая скольжением, и обуславливает работу лопасти винта под углом
атаки α к потоку воды, имеющему скорость W. Отношение скольжения к теоретической скорости винта в процентах
называется относительным скольжением. В нашем примере оно равно

Максимальной величины (100%) скольжение достигает при работе винта на судне, пришвартованном к берегу. Наименьшее скольжение (8-15%) имеют винты легких гоночных мотолодок на полном ходу; у винтов глиссирующих прогулочных
мотолодок и катеров скольжение достигает 15-25%, у тяжелых водоизмещающих катеров 20-40%, а у парусных яхт,
имеющих вспомогательный двигатель, 50-70%.

Отношение скорости катера к осевой скорости гребного винта, показанное на рисунке 3.

Коэффициент полезного действия. Эффективность работы гребного винта оценивается величиной его КПД,
т. отношения полезно используемой мощности к затрачиваемой мощности двигателя. Полезная мощность или ежесекундное
количество работы, используемой непосредственно для движения судна вперед, равно произведению сопротивления
воды R движению судна на его скорость V (Nп=RV кгсм/с).

Мощность, затрачиваемую на вращение гребного винта, можно выразить в виде зависимости Nз от крутящего
момента М и частоты вращения n

.

Показатели эффективности можно рассчитать следующим образом:

Затем корпус судна создает поток попутной воды, замедляя скорость потока к гребному винту. При этом учитывается коэффициент попутного потока w:

va=V(1-w) м/с.

Перечисленная выше информация может быть использована для расчета значения w.

Учитывая взаимное влияние корпуса и гребного винта в этой ситуации, полезная мощность равна.

Для определения общей пропульсивной эффективности комплекса «судовой двигатель — гребной винт» используется следующая формула:

Здесь ηp — КПД винта; ηk — коэффициент влияния корпуса;
ηM — КПД валопровода и реверс-редукторной передачи.

Максимальная величина КПД гребного винта может достигать 70-80%, однако на практике довольно трудно выбрать
оптимальные величины основных параметров, от которых зависит КПД: диаметра и частоты вращения. Поэтому на малых
судах КПД реальных винтов может оказаться много ниже, составлять всего 45%.

Эффективность гребного винта достигает максимума при относительном скольжении 10-30%. КПД быстро снижается с увеличением скольжения, пока не достигнет нуля, когда гребной винт работает в режиме швартовки. Аналогично этому, когда тяга гребного винта равна нулю при низких оборотах, КПД становится нулевым.

Коэффициент влияния корпуса нередко оказывается больше единицы (1. 1-1. 15), а потери в валопроводе оцениваются
величиной ηM=0. 9÷0.

Диаметр и шаг винта. Элементы гребного винта для конкретного судна можно рассчитать,
лишь располагая кривой сопротивления воды движению данного судна, внешней характеристикой двигателя и расчетными
диаграммами, полученными по результатам модельных испытаний гребных винтов, имеющих определенные параметры и форму
лопастей. Для предварительного определения диаметра винта можно воспользоваться формулой

где N — мощность, подводимая к винту, с учетом потерь в редукторе и валопроводе, л. ;
n — частота вращения гребного вала, об/с; va — скорость встречи винта с водой,
определенная с учетом коэффициента попутного потока w.

Диаметр гребных винтов, полученный как по приближенной формуле, так и с помощью точных расчетов,
обычно увеличивают примерно на 5% с тем, чтобы получить заведомо тяжелый винт и добиться его согласованности
с двигателем при последующих испытаниях судна. Для «облегчения» винта его постепенно подрезают по диаметру
до получения номинальных оборотов двигателя при расчетной скорости.

Шаг винта можно ориентировочно определить, зная величину относительного скольжения s для данного типа судна
и ожидаемую скорость лодки:

Оптимальная величина скольжения для винтов, имеющих шаговое отношение H/D<1. 2 составляет s=0. 14÷0. 16;
для винтов имеющих H/D>1. 2, s=0. 12÷0. При выборе шагового отношения H/D можно руководствоваться следующими
рекомендациями. Для легких быстроходных лодок требуются винты с большим шагом или шаговым отношением H/D, для тяжелых
и тихоходных — с меньшим. При обычно применяемых двигателях с номинальной частотой вращения 1500-5000 об/мин оптимальное
шаговое отношение H/D составляет: для гоночных мотолодок и глиссеров — 0. 9÷1. 5; легких прогулочных
катеров — 0. 8÷1. 2; водоизмещающих катеров — 0. 6÷3-1. 0 и очень тяжелых тихоходных
катеров — 0,55÷0. Следует иметь в виду, что эта значения справедливы, если гребной вал делает
примерно 1000 об/мин из расчета на каждые 15 км/ч скорости лодки; при иной частоте вращения вала необходимо
применять редуктор.

Легкий или тяжелый гребной винт. Диаметр и шаг винта являются важнейшими параметрами, от которых
зависит степень использования мощности двигателя, а следовательно, и возможность достижения наибольшей скорости хода
судна.

Каждый двигатель имеет свою так называемую внешнюю характеристику — зависимость снимаемой с вала мощности
от частоты вращения коленчатого вала при полностью открытом дросселе карбюратора. Такая характеристика для подвесного
мотора «Вихрь», например, показана на рисунке 4 (кривая 1). Максимум мощности в 21. 5 л. двигатель развивает
при 5000 об/мин.

Рисунок 4: Внешние характеристики двигателя Vortex и пропеллера.

Мощность, которая поглощается на данной лодке гребным винтом в зависимости от частоты вращения мотора,
показана на рисунке 4 не одной, а тремя кривыми — винтовыми характеристиками 2, З и 4, каждая из
которых соответствует определенному гребному винту, т. винту определенного шага и диаметра.

При увеличении и шага, и диаметра винта выше оптимальных значений лопасти захватывают и отбрасывают назад слишком
большое количество воды: упор при этом возрастает, но одновременно увеличивается и потребный крутящий момент на гребном
валу. Винтовая характеристика 2 такого винта пересекается с внешней характеристикой двигателя 1 в точке A. Это означает,
что двигатель уже достиг предельного — максимального значения крутящего момента и не в состоянии проворачивать гребной
винт с большой частотой вращения, т. не развивает номинальную частоту вращения и соответствующую ей номинальную
мощность. В данном случае положение точки А показывает, что двигатель отдает всего 12 л. мощности вместо 22 л. Такой гребной винт называется гидродинамически тяжелым.

Наоборот, если шаг или диаметр винта малы (кривая 4), и упор и потребный крутящий момент будут меньше, поэтому
двнгатель не только легко разовьет, но и превысит значение номинальной частоты вращения коленвала. Режим его работы будет характеризоваться точкой С. И в этом случае мощность двигателя будет использоваться не
полностью, а работа на слишком высоких оборотах сопряжена с опасно большим износом деталей. При этом надо подчеркнуть,
что поскольку упор винта невелик, судно не достигнет максимально возможной скорости. Такой винт
называется гидродинамически легким.

Для каждого конкретного сочетания судна и двигателя существует оптимальный гребной винт. Для рассматриваемого примера такой оптимальный винт имеет характеристику 3, которая пересекается с внешней
характеристикой двигателя в точке В, соответствующей его максимальной мощности.

Рисунок 5 иллюстрирует важность правильного подбора винта на примере мотолодки «Крым» с подвесным мотором «Вихрь». При использовании штатного винта мотора с шагом 300 мм мотолодка с 2 чел. на борту развивает скорость 37 км/ч. С полной нагрузкой 4 чел. скорость лодки снижается до 22 км/ч. При замене винта другим с шагом 264 мм скорость с полной нагрузкой повышается до 32 км/ч. Оптимальные же результаты достигаются с гребным винтом, имеющим шаговое отношение H/D = 1. 0 (шаг и диаметр
равны 240 мм): максимальная скорость повышается до 40-42 км/ч, скорость с полной нагрузкой — до 38 км/ч. Несложно сделать вывод и о существенной экономии горючего, которую можно получить с винтом уменьшенного шага. Если со штатным винтом при нагрузке 400 кг расходуется 400 г горючего на каждый пройденный километр пути,
то при установке винта с шагом 240 мм расход горючего составит 237 г/км.

Рисунок 5. Зависимость скорости мотолодки «Крым» от нагрузки и шага гребного винта
мотора «Вихрь» мощностью 14. 8 кВт (20 л

На следующем рисунке представлен теоретический чертеж для изготовления «грузовых» гребных винтов для моторов
семейства «Вихрь» с шагом 240 и 264 мм. Эти винты имеют саблевидные лопасти со значительным наклоном к оси винта. Профиль поперечного сечения лопасти — переменный. У концов лопастей использован сегментный профиль,
к ступице он постепенно переходит в авиационный, Для повышения КПД шаг винтов принят переменным по
радиусу (данные для построения шаговых угольников приведены на рисунке 6 и в таблице 1.

Изображение 6. Построение углов шага (a) и кривых изменения шага для лопасти.

У подвесных моторов изменение шага гребного винта — практически единственная возможность согласовать работу
винта с двигателем, так как размеры корпуса редуктора ограничивают максимальный диаметр винта, который может
быть установлен на моторе. В некоторой степени винт можно «облегчить», если его подрезать по диаметру, однако
оптимальным вариантом является применение сменных винтов с различным шаговым отношением.

Численные рекомендации для наиболее популярных моторов мощностью 14-18 кВт (20-25 л. ) могут быть следующие. Штатные винты, имеющие H=280÷300 мм, дают оптимальные результаты на сравнительно плоскодонных лодках с массой
корпуса до 150 кг и нагрузкой 1-2 чел. На еще более легкой лодке массой до 100 кг можно получить прирост скорости
за счет увеличения H на 8-12%.

На более тяжелых глиссирующих корпусах, на лодках, имеющих большую килеватость днища и при большой
нагрузке (4-5 чел. ), шаг винта может быть уменьшен на 10-15 % (до 240-220 мм), но использовать такой винт при поездке
без пассажиров с малой нагрузкой не рекомендуется: двигатель будет «перекручивать обороты» и быстро выйдет из строя.

При установке подвесного мотора на тихоходной водоизмещающей шлюпке рекомендуется применять трех- и четырех
лопастные винты с соотношением H/D не менее 0. 7; при этом ширину лопасти и профиль ее поперечного сечения
сохраняют такими же, как и на штатном винте мотора.

При замене согласованного с корпусом и двигателем гребного винта другим, с близкими величинами D и H (расхождение
должно быть не более 10%), требуется, чтобы сумма этих величин для старого и нового винтов была равна.

Кавитация и особенности геометрии гребных винтов малых судов. Высокие скорости движения
мотолодок и катеров и частота вращения винтов становятся причиной кавитации — вскипания воды и образований
в области разрежения на засасывающей стороне лопасти. В начальной стадии кавитации эти пузырьки невелики и на работе
винта практически не сказываются. Однако когда эти пузырьки лопаются, создаются огромные местные давления,
отчего поверхность лопасти выкрашивается. При длительной работе кавитирующего винта такие эрозионные разрушения
могут быть настолько значительными, что эффективность винта снизится.

При дальнейшем повышении скорости наступает вторая стадия кавитации. Сплошная полость — каверна, захватывает всю
лопасть и даже может замыкаться за ее пределами. Развиваемый винтом упор падает из-за резкого увеличения лобового
сопротивления и искажения формы лопастей.

Кавитацию винта можно обнаружить по тому, что скорость лодки перестает расти,
несмотря на дальнейшее повышение частоты вращения. Гребной винт при этом издает специфический шум, иа корпус
передается вибрация, лодка движется скачками.

Степень разрежения на лопасти, а следовательно, и момент наступления кавитации зависят прежде всего от скорости
потока, набегающего на лопасть. Напомним, что эта скорость является геометрической суммой окружной
скорости vr=π*D*n к поступательной va. Замечено, что на катерных гребных винтах кавитация
вступает во вторую стадию, когда окружная скорость на конце лопасти достигает значения 3500 м/мин. Это означает, например, что гребной винт диаметром 300 мм будет иметь при этом частоту вращения

Винт 0,8 мм тоже? 4 м — 2800 об/мин.

Момент наступления кавитации зависит не только от частоты вращения, но и от ряда других параметров. Так, чем меньше площадь лопастей, больше толщина их профиля и ближе к ватерлинии расположен винт,
тем при меньшей частоте вращения, т. раньше наступает кавитация. Появлению кавитации способствует также большой угол
наклона гребного вала, дефекты лопастей — изгиб, некачественная поверхность.

В качестве характеристики винта принимается рабочая, или спрямленная, площадь лопастей. При ее вычислении
принимается ширина лопасти, замеренная на нагнетающей поверхности по длине дуги окружности на данном радиусе,
проведенном из центра винта. В характеристике винта указывается обычно не сама спрямленная площадь лопастей А,
а ее отношение к площади Ad сплошного диска такого же, как винт, диаметра, т. A/Ad. На винтах заводского
изготовления величина дискового отношения выбита на ступице.

Для винтов, работающих в докавитационном режиме, дисковое отношение принимают в пределах 0. 3-0. У сильно нагруженных винтов на быстроходных катерах с мощными высокосборотнымн двигателями A/Ad увеличивается
до 0. 6-1. Большое дисковое отношение необходимо и при изготовлении винтов из материалов с низкой прочностью,
например, из силумина или стеклопластика. В этом случае предпочтительнее сделать лопасти шире,
чем увеличить их толщину.

Гребные винты катеров имеют обычно большую частоту вращения, поэтому вследствие больших центробежных скоростей
происходит перетекание воды по лопастям в радиальном направлении, что отрицательно сказывается на КПД винта. Для уменьшения этого эффекта лопастям придают значительный наклон в корму — от 10 до 15°.

В большинстве случаев лопастям винтов придается небольшая саблевидность — линия середин сечений лопасти выполняется
криволинейной с выпуклостью, направленной по ходу вращения винта. Такие винты благодаря более плавному входу лопастей
в воду отличаются меньшей вибрацией лопастей, в меньшей степени подвержены кавитации и имеют повышенную прочность
входящих кромок.

Наибольшее распространение среди винтов малых судов получил сегментный плоско-выпуклый профиль. Лопасти винтов быстроходных мотолодок и катеров, рассчитанных на скорость свыше 40 км/ч, приходится выполнять
возможно более тонкими с тем, чтобы предотвратить кавитацию. Для повышения эффективности в этих случаях целесообразен
выпукло-вогнутый профиль («луночка»). Стрелка вогнутости профиля принимается равной около 2% хорды сечения,
а относительная толщина сегментного профиля (отношение толщины t к хорде b на расчетном радиусе винта,
равном 0. 6R) принимается обычно в пределах t/b=0. 04÷0. Ординаты профилей лопастей некавитирующих винтов
приведены в таблице 2.

ПРИМЕЧАНИЕ: x/b — относительный абсциссы отвходящей кромки ГВ, % хорды сечения лопасти;
Yн — относительная ордината нагнетающей поверхности лопасти, % макс. стрелки вогнутости ƒ;
Yз — относительная ордината засасывающей поверхности лопасти, % макс. расчётной толщины профиля t

Суперкавитирующие гребные винты гоночных судов имеют клиновидный профиль с тупой кромкой.

Двухлопастной гребной винт обладает более высоким КПД, чем трехлопастной, однако при большом дисковом отношении
весьма трудно обеспечить необходимую прочность лопасти такого винта. Поэтому наибольшее распространение на малых
судах получили трехлопастные винты. Винты с двумя лопастями применяют на гоночных судах, где винт оказывается слабо
нагруженным, и на парусно-моторных яхтах, где двигатель играет вспомогательную роль. В последнем случае имеет
значение возможность устанавливать винт в вертикальном положении в гидродинамическом следе ахтерштевня для уменьшения
его сопротивления при плавании под парусами.

Четырех- и пятилопастные винты применяют очень редко, в основном на крупных моторных яхтах для уменьшения шума и
вибрации корпуса.

Гребной винт лучше всего работает, когда его ось расположена горизонтально. У винта, установленного с наклоном и в
связи с этим обтекаемого «косым» потоком, коэффициент полезного действия всегда будет ниже; это падение КПД сказывается
при угле наклона гребного вала к горизонту больше 10°.

Как рассчитать силу тяги винта?

Согласно уравнению P=2 n s 2 кг, где h; — плотность воздуха и — коэффициент тяги пропеллера. Вот уравнение для требуемой мощности вращения пропеллера: где — коэффициент тяжести оси;

Как определить шаг гребного винта?

Сравнивая угол падения на стол на втулке и внешнем крае, легко определить угол наклона лопасти к столу. Для определения шага пропеллера можно использовать ту же пробку с иголками или угольник. С помощью компаса можно построить дугу с радиусом 0,6R — наибольший диаметр пропеллера — постукивая острием иглы по центру бумаги.

Что такое шаг гребного винта?

Пропеллер проходит это расстояние за полный оборот. Вал гребного винта ускоряется тем быстрее, чем больше шаг гребного винта. Однако считается, что двигатель тем тяжелее, чем меньше шаг винта. Скоростные гребные винты — это винты с большим шагом, а грузовые — с меньшим шагом.

Что такое упор гребного винта?

Гребной винт (рис. 1) преобразует вращение двигателя во вращательную силу, приводящую судно в движение. На поверхностях гребного винта, обращенных вперед, навстречу движению судна, при вращении создается вакуум и давление воды (обдув).